Основные характеристики Компьютерных сетей

Введение

История компьютерных сетей берёт своё начало с момента понимания человеком необходимости объединения вычислительных и иных возможностей нескольких ЭВМ для совместной работы над большими информационными массивами, а также хранения, обработки и передачи больших объёмов данных. Характеристика компьютерных сетей может нести в себе различные сведения, но, пожалуй, самыми важными компонентами, которые включают в себя компьютерные сети основные понятия для построения которых будут рассмотрены ниже, являются продукты межсетевого обмена.

Актуальность темы. Планирование IP-адресов, безусловно, является одной из критически важных функций, необходимых в общем процессе планирования и выполнения проекта развертывания IPv6. Это понятно, поскольку для внедрения IPv6 требуется адресное пространство IPv6, а также необходимо обеспечить управление текущим пространством IPv4 одновременно с добавлением пространства IPv6. Однако общий процесс развертывания IPv6 требует не только адресного пространства IPv6, но и уверенности в том, что сетевая и компьютерная инфраструктура сможет обеспечить обработку и поддержку адресного пространства IPv6.

Цель курсовой работы – рассмотреть планирование адресации в компьютерной сети.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Дать определение компьютерной сети и охарактеризовать ее;

2. Рассмотреть протоколы IPv4 и IPv6, провести сравнительный анализ;

3. Охарактеризовать планирование IP адресации для компьютерной сети VLSM.

Курсовая работа состоит из введения, трех параграфов, заключения и списка литературы.

Современное человечество практически не представляет свою жизнь без компьютеров, а ведь они появились не так уж давно. За последние двадцать лет компьютеры стали неотъемлемой частью всех сфер деятельности: от офисных нужд до образовательных, тем самым создав необходимость развивать возможности вычислительной техники и разрабатывать сопутствующее программное обеспечение.

Объединение компьютеров в сеть позволило не только повысить производительность труда, но и снизить затраты на их содержание, а также сократить время передачи данных. Другими словами, компьютерные сети преследуют две цели: совместное использование программного обеспечения и аппаратуры, а также обеспечение открытого доступа к ресурсам данных.

Компьютерные сети – средства межсетевого обмена. Стоит отметить, что ранок этих устройств является одним из самых быстрорастущих. Основным предназначением средств межсетевого обмена является обеспечение взаимосвязи между пользователями, объединёнными в огромную, и часто распределённую по большой территории локальную сеть.

Компьютерные сети включают в себя шесть видов продуктов, осуществляющих межсетевой обмен.

Повторители. Повторителем называется аппаратное устройство, которое функционирует на физическом уровне модели OSI и обеспечивает возможность соединение воедино пары сегментов одной компьютерной сети.

Концентраторы. Основным предназначением концентраторов является выполнение задачи монтажных узлов, которые обеспечивают соединение каждого автономного сетевого устройства и сегмента. Существует несколько видов концентраторов, представленных пассивными, активными и интеллектуальными.

Мосты. Данным термином обозначаются средства, которые предназначены для осуществления передачи пакетов данных между двумя сетями. Мосты делают возможной ситуацию, когда программы и протоколы рассматривают объединённые сети в качестве единого целого. Помимо передачи данных, мостами может выполняться их фильтрация.

Маршрутизаторы. С помощью маршрутизаторов осуществляется логическое соединение необходимое отдельным сетям. При этом объединяемые сети используют один и тот же протокол. Понятно, что маршрутизаторы – это протоколозависимые устройства, которые должны быть наделены способностью поддерживать определённые протоколы маршрутизации. Именно наличие маршрутизаторов в сети делает возможным наличие множества путей передачи пакетов. Кроме того маршрутизатор – это "интеллектуальное" устройство, способное определить оптимальный путь каждого пакета из широкого перечня возможных маршрутов.

Шлюзы. Самое распространённое определение термина "шлюз", относит это понятие к любому аппаратному средству либо программному пакету, предназначенному для объединения пары разнородных систем. В этом понимании, шлюз можно считать коммуникационным сервером или сервером доступа.

Тот факт, что работа шлюзов отличается «многоуровневостью» выделяет их среди маршрутизаторов, мостов и повторителей, способных работать только на одном иерархическом уровне (это может быть сетевой, канальный или физический уровень, соответственно). Кроме того маршрутизаторы, мосты и повторители не способны выполнять преобразование данных.

Коммутаторы. Коммутатор – это устройство, главным предназначением которого является перенаправление входных данных на один из выходов. К примеру, на вход коммутатора поступают пакеты данных, а его выход подключен к шине Ethernet. В данном варианте устройство получит название коммутатор Ethernet

В коммутаторе должны присутствовать средства организации нужных соединений, а также инструменты, позволяющие преобразовывать входную информацию в корректный формат на выходе.

Построение компьютерных сетей происходит по принципу «клиент-сервер». При этом клиент – это архитектурный компонент, который с помощью логина и пароля пользуется возможностями сервера. Сервер же, в свою очередь, предоставляет свои ресурсы остальным участникам сети. Это может быть хранение, создание общей базы данных, использование средств ввода-вывода и т.д.

·

·

·

·

·

Рис. 1. Построение компьютерных сетей по принципу «клиент-сервер»

Компьютерные сети бывают нескольких видов:

- локальные;

- региональные;

- глобальные.

Здесь справедливо будет отметить, на каких принципах строятся различные компьютерные сети.

Организация локальных компьютерных сетей. Обычно такие сети объединяют людей, находящихся на близком расстоянии, поэтому используются чаще всего в офисах и на предприятиях для хранения и обработки данных, передачи её результатов остальным участникам.

Существует такое понятие, как «топология сети». Проще говоря, это геометрическая схема объединения компьютеров в сеть. Таких схем существуют десятки, однако мы рассмотрим лишь базовые: шина, кольцо и звезда.

Рис. 2. Топология сети «Кольцо»

1. Шина – это канал для связи, который объединяет узлы в сеть. Каждый из узлов может принимать информацию в любой удобный момент, а передавать - только если шина свободна.

2. Кольцо. При такой топологии рабочие узлы связаны последовательно по кругу, то есть первая станция связана со второй и так далее, а последняя связывается с первой, тем самым замыкая кольцо. Основной недостаток такой архитектуры состоит в том, что при сбое работы хотя бы одного элемента парализуется вся сеть.

3. Звезда – соединение, при котором узлы лучами соединяются с центром. Эта модель соединения пошла с тех далёких времён, когда ЭВМ были довольно большими и только головная машина получала и обрабатывала информацию.

·

·

·

·

·

Рис. 3. Топология сети «Звезда»

Что касается глобальных сетей, то тут всё гораздо сложнее. На сегодняшний день их существует более 200. Самая известная из них – Интернет.

Основное их отличие от локальных – отсутствие основного управленческого центра.

Такие компьютерные сети осуществляют работу по двум принципам:

- программы-серверы, размещённые на узлах сети, которые занимаются обслуживание пользователей;

- программы-клиенты, размещённые на пользовательских ПК и пользующиеся услугами сервера.

Глобальные сети дают пользователям доступ к различным услугам. Подключиться к таким сетям можно двумя способами: через коммутируемую телефонную линию и по выделенному каналу.

2. Основные понятия IPv4 и IPv6 (сравнительная характеристика)

IP-адреса(Internet Protocol version 4, интернет протокол версии 4) – представляют собой основной тип адресов, используемый на сетевом уровне модели OSI, для осуществления передачи пакетов между сетями. IP-адреса состоят из четырех байт, к примеру 192.168.100.111.

Присвоение IP-адресов хостам осуществляется:

§ вручную, настраивается системным администратором во время настройки вычислительной сети;

§ автоматически, с использование специальных протоколов (в частности, с помощью протокола DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol, протокол динамической настройки хостов).

Протокол IPv4 разработан в сентябре 1981 года.

Протокол IPv4 работает на межсетевом (сетевом) уровне стека протокола TCP/IP. Основной задачей протокола является осуществление передачи блоков данных (дейтаграмм) от хоста-отправителя, до хоста-назначения, где отправителями и получателями выступают вычислительные машины, однозначно идентифицируемые адресами фиксированной длины (IP-адресами). Также интернет протокол IP осуществляет, в случае необходимости, фрагментацию и сбору отправляемых дейтаграмм для передачи данных через другие сети с меньшим размером пакетов.

Недостатком протокола IP является ненадежность протокола, то есть перед началом передачи не устанавливается соединение, это говорит о том, что не подтверждается доставка пакетов, не осуществляется контроль корректности полученных данных (с помощью контрольной суммы) и не выполняется операция квитирования (обмен служебными сообщения с узлом-назначения и его готовностью приема пакетов).

Протокол IP отправляет и обрабатывает каждую дейтаграмму как независимую порцию данных, то есть не имея никаких других связей с другими дейтаграммами в глобальной сети интернет.

После отправки дейтаграммы протоколом IP в сеть, дальнейшие действия с этой дейтаграммой никак не контролируются отправителем. Получается, что если дейтаграмма, по каким-либо причинам, не может быть передана дальше по сети, она уничтожается. Хотя узел, уничтоживший дейтаграмму, имеет возможность сообщить о причине сбоя отправителю, по обратному адресу (в частности с помощью протокола ICMP). Гарантию доставки данных возложены на протоколы вышестоящего уровня (транспортный уровень), которые наделены для этого специальными механизмами (протокол TCP).

Как известно, на сетевом уровне модели OSI работают маршрутизаторы. Поэтому, одной из самых основных задач протокола IP – это осуществление маршрутизации дейтаграмм, другими словами, определение оптимального пути следования дейтаграмм (с помощью алгоритмов маршрутизации) от узла-отправителя сети к любому другому узлу сети на основании IP адреса.

Рис. 4. Алгоритм работы протокола IP на каком-либо узле сети принимающего дейтаграмму из сети выглядит

Хотя сегодня наиболее распространенным протоколом доступа ко Всемирной паутине и средством передачи данных является IPv4 (по крайней мере, для Windows-систем), новая разработка шестой версии с заявленной поддержкой в последних «операционках» Windows выглядит намного предпочтительнее.

Как известно, в компьютерных системах с ОС Windows на борту для доступа в интернет используется система протоколов TCP/IP, предусматривающая присвоение каждому терминалу определенного уникального IP-адреса, который ни у одной машины не повторяется (имеется в виду внешний IP). Но сегодня многие все больше поглядывают в сторону протокола IPv6. Что это такое, как его включить и настроить, сейчас и будет рассмотрено. Кроме того, можно будет увидеть существенную разницу между IPv4 и IPv6, а также узнать перспективы внедрения новой технологии в недалеком будущем.

Что представляет собой протокол IPv6? Если говорить кратко и понятно, то это система, отвечающая за генерирование, присвоение и распределение уникальных статических и динамических IP-адресов компьютерным терминалам, разбросанным по всему миру, посредством DHCP-сервера, причем таким образом, чтобы ни один адрес никогда не повторялся. В принципе, все сегодня известные распределительные протоколы работают по этому принципу. Но самым перспективным из всех них считается IPv6. Без доступа к Интернету сегодня мало кто себя представляет, количество компьютеров или тех же мобильных девайсов возросло настолько, что существующая система просто не в состоянии генерировать новые адреса.

В принципе, в плане основных алгоритмов, заложенных в систему функционирования IPv6, этот протокол практически идентичен изначальному подходу. Разница только в присвоении и распределении адресов компьютерным терминалам и системе безопасности.

Рядовой пользователь при использовании доступа в интернет в большинстве случаев с IP-адресами практически не сталкивается, поскольку за все процедуры установки соединения отвечает так называемая система доменных имен, сокращенно обозначаемая DNS. Однако, чтобы лучше понять тему: «IPv6: что это такое?», следует немного разобраться в основных принципах функционирования этого протокола.

На заре развития интернет-технологий был разработан специальный метод идентификации компьютерных терминалов для быстрого и удобного доступа во Всемирную паутину. Как тогда предполагалось, каждая машина должна иметь уникальный идентификатор, причем такой, который бы не повторялся ни разу.

Цель такого подхода заключалась в маршрутизации и передаче данных в Сети или объединенных сетях между серверами и отдельными компьютерами (например, электронная почта). Ведь отсылка письма или сообщения должна производиться конкретному адресату. А при двух и более одинаковых IP-адресах терминалов доставка может быть осуществлена кому угодно. Тогда-то еще не было официальных почтовых серверов, а использовались протоколы POP3 и SMTP.

Рис. 5. Структура IP пакетов версии 4 представлена

§ Версия — для IPv4 значение поля должно быть равно 4.

§ IHL — (Internet Header Length) длина заголовка IP-пакета в 32-битных словах (dword). Именно это поле указывает на начало блока данных в пакете. Минимальное корректное значение для этого поля равно 5.

§ Тип обслуживания (Type of Service, акроним TOS) — байт, содержащий набор критериев, определяющих тип обслуживания IP-пакетов, представлен на рисунке.

Именно в те годы был разработан протокол IPv4, предполагавший создание уникального адреса в виде четырех чисел по 8 бит каждое, что в сумме давало 32 бита. Таким образом, речь шла о создании порядка четырех миллиардов ни разу не повторяющихся адресов.

Сегодня ситуация изменилась, и, как оказалось, протокол IPv4 уже не в состоянии генерировать новые адреса. Некоторые специалисты утверждают, что он исчерпал свои возможности еще к 2009 году. Тут-то многие ученые умы и задумались над тем, как расширить основные параметры. Вообще-то эти разработки в виде дополнительной надстройки для IPv4 были начаты еще в конце 70-х и тогда получили название протокола ST, потом – ST2, а чуть позже – неофициальное название IPv5. Но эта разработка так и не прижилась, даже не была взята на вооружение в плане перспективного развития. Сегодня же считается, что самым новым и наиболее востребованным вскоре станет протокол IPv6.

Дата добавления: 2017-01-14